基于模塊化多指執(zhí)行器的柔性微操作方法研究.pdf

1、隨著自然科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展，微納米技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、生物、醫(yī)學(xué)、國(guó)防等領(lǐng)域。微操作執(zhí)行器作為微納米技術(shù)中的重要部件，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。微型化是微操作執(zhí)行器發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，但微型化的同時(shí)也帶來(lái)了研制成本高、制作周期長(zhǎng)的問(wèn)題。在微操作執(zhí)行器的研制中，普遍存在可靠性不高、關(guān)鍵參數(shù)驗(yàn)證難的問(wèn)題。
　　本文針對(duì)微操作執(zhí)行器研制中的難點(diǎn)及微型化工具驗(yàn)證難的問(wèn)題，提出基于模塊化多指執(zhí)行器的柔性微操作方法，設(shè)計(jì)了模塊化多指微

2、操作執(zhí)行器。在微操作機(jī)理及柔性操作方法方面，研究粘附力對(duì)微操作過(guò)程及柔性操作方法的影響。從粘附力的控制出發(fā)，建立單指、雙指及三指拾取與釋放模型，研究粘附力在不同操作過(guò)程中的作用，得出微對(duì)象拾取與釋放時(shí)的臨界條件。針對(duì)多種微對(duì)象操作任務(wù)的需求，完成基于多指柔性微操作方法的設(shè)計(jì)。同時(shí)依據(jù)微觀粘附力，對(duì)柔性微操作方法進(jìn)行了擴(kuò)展應(yīng)用。在多指微操作執(zhí)行器柔性設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法方面，以柔性微操作方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)具有單一驅(qū)動(dòng)可替換執(zhí)行末端的獨(dú)立單指單元，

3、采用模塊化裝配設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多指工作模式的柔性切換。通過(guò)對(duì)柔性鉸鏈的計(jì)算與選型，確定單指結(jié)構(gòu)的核心參數(shù)。獨(dú)立的單指單元采用杠桿放大機(jī)構(gòu)，具有較高放大倍數(shù)的位移輸出。方案選用壓電陶瓷致動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)單指高精度的位移輸出。并使用有限元分析法對(duì)單指進(jìn)行了仿真及參數(shù)優(yōu)化。針對(duì)多指微操作執(zhí)行器調(diào)節(jié)難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)微動(dòng)多指操作執(zhí)行器的方案，提高系統(tǒng)的精密性和易操作性。在微操作實(shí)驗(yàn)研究方面，建立基于模塊化多指執(zhí)行器的柔性微操作實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)單指進(jìn)行了性能測(cè)試，并使

4、用單指實(shí)現(xiàn)力傳感器的標(biāo)定。在柔性微操作實(shí)驗(yàn)中，分別完成了單指、兩指及三指的柔性工作模式的驗(yàn)證，并且實(shí)現(xiàn)多種對(duì)象、多種模型的柔性化拾取。在多任務(wù)微操作實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)一步驗(yàn)證了多指執(zhí)行器的高精度作業(yè)能力。最后，針對(duì)柔性微操作方法的可擴(kuò)展特性，完成了微球自粘附組裝及顯微成像技術(shù)中微球操作的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。綜上所述，本文提出的基于模塊化多指執(zhí)行器的柔性微操作方法，不僅滿足了多種類、大尺寸范圍微對(duì)象的操作需求，其柔性化特征也為微型化執(zhí)行末端的關(guān)鍵材料選擇及